A. Tangki Pendatar (Surge Tank)

Surge Tank direncanakan dengan struktur beton bertulang, yaitu berupa sumuran dengan diameter 7.50 m yang sebagian di timbun dalam tanah dan sebagian lagi terbuka di atas permukaan tanah (vertical shaft).

Pertemuan Surge Tank dengan headrace dibuat berbentuk lingkaran (orivise) di bagian atas sehingga apabila ada penutupan katup inlet (inlet valve) pada unit pembangkit listrik, tekanan air dari pipa pesat dapat diredam oleh Surge Tank melalui orivise.

Surge Tank ini didisain dengan mempertimbangkan upper surging pada saat air naik maksimum dan lower surging pada saat air turun sampai level terendah, dan kedua kondisi ini harus masih berada di dalam sumuran, artinya pada saat lower surging muka air tidak boleh terlalu dekat dengan permukaan atas headrace.

Dengan debit rencana 19.60 m3/det dan tinggi jatuh statik (gross head) 43.0 m, tinggi Surge Tank ditetapkan berdasarkan elevasi upper surging ditambah tinggi jagaan, dan elevasi lower surging minimal berada pada 2.00 m di atas permukaan luar headrace.

Fungsi Surge Tank adalah:

a) Menyediakan sebuah reservoir dengan permukaan bebas yang dekat dengan mekanisme pengaturan debit. Hal ini akan memotong panjang konduit yang diperlukan untuk menahan tekanan water hammer.

b) Menyuplai tambahan air yang dibutuhkan selama naiknya kebutuhan beban hingga kecepatan aliran di konduit meningkat sampai kondisi yang tetap (steady).

c) Menyimpan air selama terjadi pengurangan beban hingga kecepatan aliran di konduit menurun sampai kondisi yang tetap (steady)

d) Menjamin modulasi muka air akibat perubahan beban baik dengan nilai yang besar maupun kecil

Penstock

Ap

Steady State

Hydrostatic level

Unsteady Up Surge

Z

Zo=- Vo²

Ho

H

As

Surge Tank

u

L=Pressure Tunnel Length

AtV

RESERVOIR

Gambar 5.3.1 Tangki Pendatar

Kondisi Perencanaan

a. Debit rencana Q = 19.60 m3/dt

b. Full supply water level (FSL) = El. 152.0 m

c. Terowong hantar

Diameter D = 3.6 m

Panjang L = 5.425 m

i. Perhitungan Estimasi Penampang Surege Tank

Untuk memperoleh luas penampang tangki pendatar digunakan rumus berikut :

As =

di mana :

As = Luas tangki pendatar

ΔHloss = Total kehilangan tinggi hingga akhir headrace (=5.045 m)

L1 = Panjang headrace (=5425 m)

At1 = Luas penampang headrace (=10.173 m2)

V = Kecepatan aliran dalam headrace (=1.927 m/det)

FSL = Full service level (= EL 152.00 m)

TWL = EL 109.0 m

Hgross = Tinggi statis, besarnya HWL – TWL (=43.0 m)

Luas penampang tangki pendatar :

As =

= 54.58 m2

Diameter tangki pendatar :

D = = 8.33 m

Direncanakan diameter tangki pendatar, D = 7.5 m dengan As = 44.156 m2

ii. Stabilitas Elevasi Air

1. Stabilitas statik

Stabilitas statis harus dikontrol dengan rumus sebagai berikut :

ho < Hg/3 ~ Hg/6

dimana :

Hg = tinggi statis (47.0 m)

ho = total kehilangan tinggi tekan pada headrace pada debit maks (5.045 m)

Kontrol ho,

Hg/3 = 47.0/3 = 15.66 m

Hg/6 = 47.0/6 = 7.83 m

Perbedaan tinggi air antara reservoir dan tangki pendatar sebesar ho = 5.045 m, dinilai cukup stabil, karena lebih kecil dari 7.83 m dan 15.66 m.

2. Stabilitas dinamik

Stabilitas dinamik harus dikontrol dengan rumus Thoma–Schuller sebagai berikut:

dimana,

As = Luas penampang tangki pendatar (m2)

V = Kecepatan aliran di headrace (1.927 m/dt)

L = Panjang headrace (5,425 m)

At = Luas penampang headrace (10.173 m2)

c = Koefisien kehilangan tinggi tekan ( =1.358)

t = Waktu rambatan air ke hulu hingga mencapai tangki pendatar ( )

ko = tahanan maksimum karena orifice

= , dimana

Cd = Coefisien debit pada lubang orifice (= 0.88)

Fp = Luas penampang orifice

a = 1 +

Zm = maksimum up surging di atas FSL

Besarnya luas penampang orifice (port area) mempengaruhi kecepatan naik-turunnya air didalam surge tank. Dicoba orifice dengan diameter 3.00 m, sehingga luas penampangnya :

Fp = ¼ . π . D2

= ¼ x 3.14 x (2.0)2

= 3.14 m2

ko =

= 7.943 m

Kecepatan air naik atau turun di tangki pendatar (Vpo) =

Vpo = √(2 x g x ko)

= √(2 x 9.81 x 7.943)

= 12.484 m/detik

Tinggi muka air kondisi Upper Surging Level

Zm = ko – ho

= 7.943 – 5.045 = 2.898 m

Tinggi muka air kondisi Lower Surging Level dianggap sama dengan USWL

Zm = ko – ho

= 7.943 – 5.045 = 2.898 m

Elevasi air kondisi Upper min = HWL + Zm

= 152.00 + 2.898

= 154.898 m ≈ 155.0 m (USWL)

Elevasi air kondisi Lower min = HWL - Zm

= 152.00 - 2.898

= 149.102 m ≈ 149.0 m (LSWL)

Elevasi surge tank min = El. 155.0 + 2.00

= El. 157.0 m

Elevasi ambang terowong min = El. 149 – 2.0 – 0.5 – 3.6

= El. 142.90 m

Waktu rambatan,

T = = = 3.73 dt

Kontrol penampang tangki pendatar,

As = 44.156 m2

=

= 28.47 m2

=

= 69.15 m2

Luas penampang surge tank, As = 44.156 m2 > 28.47 m2 …. Ok